Nanoestruturas de mistas contendo perovskite BaSnO3 e pontos quânticos de CdTe para fotoconversão de água em hidrogénio usando poluentes modelo como dadores sacrificiais

Abstract

O crescente incremento e complicação dos problemas climáticos levou à necessidade de pensar em novas formas de obtenção e armazenamento de energia, tendo como principal fator a diminuição do nível de poluição existe. Para tal as novas formas de obtenção de energia necessitam de apresentar índices de poluição reduzidos. Devido a esse fator a comunidade científica tem vindo a desenvolver um esforço para diversificar as fontes de produção energéticas. Esta diversificação engloba diversas energias como a solar, hídrica, biomassa, geotérmica, hidrogénio entre outras. Este projeto relaciona-se com a obtenção de hidrogénio a partir da fotoconversão da água usando como modelo a fotoredução do metilviologénio sensibilizada por pares eletrão-lacuna fotogerados em nanopartículas semicondutoras. Para evitar a recombinação da espécie reduzida do metilviologénio com a lacuna resultante no semicondutor e permitir a sua regeneração é necessário utilizar um dador sacrificial para impedir essa recombinação. A utilização de modelos poluentes como dadores sacrificiais resulta num proceso de produção de energia limpa, renovável e que ajuda a purificar o ambiente. Para tal, optou-se por construir uma célulka fotoconversora de água em hidrogénio utilizando como dadores sacrificiais os poluentes modelo EDTA e azul metileno. Na sua construção escolheu-se utilizar nanopartículas de estanato de bário ou de titanato de bário fotosensibilizadas por pontos quânticos de CdTe@CdS de modo a estender a atividade fotocatalítica dos sistemas em estudo para a zona visível do espectro eletromagnético. Na criação da célula fotoconversora foram variados os elementos fotocatalíticos envolvidos através da quantidade e tipo de nanopartículas e da presença de pontos quânticos, tendo-se realizado em acoplamento entre nanopartículas e pontos quânticos. Os resultados obtidos permitiram concluir que o fotocatalisador que resultou do acoplamento das nanopartículas de estanato de bário com os pontos quânticos CdTe@CdS apresenta a maior atividade. O rendimento quântico da formação da espécie reduzida do metilviologénio foi de 5% a que corresponde uma taxa de produção de hidrogénio na ordem dos 30000 μmol/h/g de catalisador.

The increasing increase and complication of the climatic problems led to the need to think about new ways of obtaining and storing energy, having as main factor the decrease of the level of pollution exists. To this end, new forms of energy production need to have reduced pollution levels. Due to this factor the scientific community has been developing an effort to diversify the sources of energy production. This diversification encompasses several energies such as solar, hydro, biomass, geothermal, hydrogen, among others. This project is related to obtaining hydrogen from photoconversion of water using as a model the photorejuvenation of the sensitized methyl viologue by electron-gap pairs photogenerated in semiconductor nanoparticles. In order to avoid recombination of the reduced methylglycogen species with the resulting gap in the semiconductor and to allow its regeneration it is necessary to use a sacrificial donor to prevent such recombination. The use of polluting models as sacrificial donors results in a process of production of clean, renewable energy that helps to purify the environment. To do so, it was decided to build a water photoconverter cell in hydrogen using EDTA and methylene blue pollutants as the sacrificial donors. In its construction it was chosen to use barium stannate or barium titanate nanoparticles photosensitized by CdTe @ CdS quantum dots in order to extend the photocatalytic activity of the systems under study to the visible zone of the electromagnetic spectrum. In the creation of the photoconverter cell were varied the photocatalytic elements involved through the quantity and type of nanoparticles and the presence of quantum dots, being realized in coupling between nanoparticles and quantum dots. The results showed that the photocatalyst that resulted from the coupling of the barium stannate nanoparticles with the CdTe @ CdS quantum dots shows the highest activity. The quantum yield of the formation of the reduced methylviogene species was 5% corresponding to a hydrogen production rate in the order of 30000 μmol / hr / g of catalyst.